Local variation in conspecific plant density influences plant–soil feedback in a natural grassland

Several studies have argued that under field conditions plant–soil feedback may be related to the local density of a plant species, but plant–soil feedback is often studied by comparing conspecific and heterospecific soils or by using mixed soil samples collected from different locations and plant densities. We examined whether the growth of the early successional species Jacobaea vulgaris in soil collected from the field is related to the local variation in plant density of this species. In a grassland restoration site, we selected eight 8 m × 8 m plots, four with high and four with low densities of J. vulgaris plants. In 16 subplots in each plot we recorded the density and size of J. vulgaris, and characteristics of the vegetation and the soil chemistry. Soil collected from each subplot was used in a greenhouse pot-experiment to study the growth of J. vulgaris, both in pure field soil and in sterile soil inoculated with a small part of field soil.In the field, flowering J. vulgaris plants were taller, the percentage of rosette plants was higher and seed density was larger in High- than in Low-density plots. In the pot experiment, J. vulgaris had a negative plant–soil feedback, but biomass was also lower in soil collected from High- than from Low-density plots, although only when growing in inoculated soil. Regression analyses showed that J. vulgaris biomass of plants growing in pure soil was related to soil nutrients, but also to J. vulgaris density in the field.We conclude that in the field there is local variation in the negative plant–soil feedback of J. vulgaris and that this variation can be explained by the local density of J. vulgaris, but also by other factors such as nutrient availability.

ZusammenfassungVerschiedene Studien haben dargelegt, dass unter Feldbedingungen das Pflanze-Boden-Feedback mit der lokalen Dichte der Pflanze in Verbindung stehen könnte, aber das Pflanze-Boden-Feedback wurde oft untersucht, indem konspezifische und heterospezifische Böden miteinander verglichen wurden oder indem gemischte Bodenproben von verschiedenen Standorten und Pflanzendichten benutzt wurden. Wir untersuchten, ob das Wachstum der frühen Sukzessionspflanze Jacobaea vulgaris in im Freiland gesammelten Böden mit der Variation in der lokalen Dichte dieser Art in Beziehung steht. In einem rekultivierten Grasland wählten wir acht 8 m × 8 m große Probeflächen aus, vier mit hoher und vier mit geringer Dichte von J. vulgaris mit jeweils 16 Unterprobeflächen. Hier registrierten wir die Dichte und Größe der J. vulgaris-Pflanzen, sowie Eigenschaften der Vegetation und Daten zur Bodenchemie. Boden von jeder Unterprobefläche wurde in einem Topf-Experiment im Gewächshaus verwendet, um das Wachstum von J. vulgaris sowohl in reiner Freilanderde als auch in steriler Erde, die mit einer geringen Menge Boden aus dem Freiland inokuliert war, zu untersuchen.Im Freiland waren auf Flächen mit hoher Pflanzendichte die blühenden J. vulgaris-Pflanzen größer und der Anteil von Rosettenpflanzen sowie die Samendichte höher als auf Flächen mit geringer Pflanzendichte. Im Topf-Experiment zeigte J. vulgaris ein negatives Pflanze-Boden-Feedback, aber die Biomasse war ebenfalls geringer in Erde von Flächen mit dichtem Pflanzenbestand als in Erde von Flächen mit geringer Pflanzendichte – allerdings nur bei inokulierter Erde. In Regressionsanalysen zeigte die Biomasse der J. vulgaris-Pflanzen eine Beziehung zu den Nährstoffgehalten, wenn sie in reiner Erde wuchsen, aber auch eine Beziehung zur Pflanzendichte im Freiland.Wir schließen hieraus, dass es im Freiland eine räumliche Variation des negativen Pflanze-Boden-Feedbacks gibt und dass diese Variation durch die lokale Dichte von J. vulgaris aber auch durch andere Faktoren wie die Nährstoffverfügbarkeit erklärt werden kann.